數(shù)字電視技術(shù)

1、1 數(shù)字電視概念 1. 1數(shù)字電視定義數(shù)字電視是電視數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化后的產(chǎn)物。數(shù)字電視是一個(gè)系統(tǒng)，是指從電視節(jié)目采集、制作、編輯、播岀、傳輸、用戶端接收、顯示等全過(guò)程的數(shù)字化，換句話說(shuō)就是系統(tǒng)所有過(guò)程信號(hào)全是由0、1組成的數(shù)字流。數(shù)字電視已不僅僅是傳統(tǒng)意義上的電視，而是能提供包括圖像、數(shù)據(jù)、語(yǔ)音等全方位的服務(wù)，是3C融合的一個(gè)典范，是計(jì)算機(jī)、傳輸平臺(tái)、消費(fèi)電子三個(gè)環(huán)節(jié)的聚焦點(diǎn)。1 . 2數(shù)字電視與模擬電視的對(duì)比數(shù)字電視采用的技術(shù)與原模擬電視有著很大的不同。其技術(shù)比較見下表。1 . 3數(shù)字電視的優(yōu)勢(shì)1）現(xiàn)有模擬電視頻道帶寬為 8MHz，只能傳送一套普通的模擬電視節(jié)目。采用數(shù)字電視后一個(gè)頻道內(nèi)就傳

2、送1 8套數(shù)字電視節(jié)目（隨著編碼技術(shù)的改進(jìn)，傳送數(shù)量還會(huì)進(jìn)一步提高），電視頻道利用率大大提高。數(shù)字電視與模擬電視的技術(shù)比較模擬電視數(shù)字電視描述采用模擬信號(hào)傳輸電視圖像、伴音、采用數(shù)字信號(hào)傳輸電視圖像、伴音、附加功能等信號(hào)附加功能等信號(hào)信源編解碼因?yàn)樾盘?hào)數(shù)據(jù)量不大。所以不存在信息編碼壓縮問(wèn)題電視信號(hào)數(shù)字化后，其信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸率很高。須具有良好的數(shù)據(jù)編碼壓縮技術(shù)復(fù)用無(wú)夏用器，視頻、音頻信號(hào)分別 傳輸將編碼后的視頻、音頻、輔助數(shù)據(jù)信號(hào)分別打包后復(fù)合成單路 串行的比特流，使數(shù)字電視具備了可擴(kuò)展性、分級(jí)性、交互性、 與網(wǎng)絡(luò)的互通性信道編解碼調(diào)制解調(diào)圖像信號(hào)按行、場(chǎng)排列，并具有行、有壓縮及復(fù)用，傳送時(shí)的信

3、號(hào)不再有模擬電視場(chǎng)、行標(biāo)志及概念。通過(guò)場(chǎng)同步信號(hào)、前后均衡脈沖等，并對(duì)糾錯(cuò)、均衡來(lái)提高信號(hào)抗干擾能力，調(diào)鍘采用QAM、C0FDM等新方法。視頻信號(hào)有補(bǔ)償處理。調(diào)制方式一般采用調(diào)頻或調(diào)幅且隨著調(diào)制方法技術(shù)的改進(jìn)。傳輸效率會(huì)進(jìn)一步提高特點(diǎn)信號(hào)數(shù)據(jù)量少，技術(shù)成熟價(jià)格 便宜信號(hào)不易在傳輸中失真，清晰度高，占用頻帶窄。數(shù)字電視信 號(hào)可方便地在數(shù)字網(wǎng)絡(luò)中傳輸，與計(jì)算機(jī)具有良好接口。2）清晰度高、音頻效果好、抗干擾能力強(qiáng)。在同樣覆蓋范圍內(nèi)，數(shù)字電視的發(fā)射功率要比模擬電視小一個(gè) 數(shù)量級(jí)。3）可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)接收、便攜接收及各種數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)視頻點(diǎn)播等各種互動(dòng)電視業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)加密/解 密和加擾/解擾功能，保證通信

4、的隱秘性及收費(fèi)業(yè)務(wù)。4）系統(tǒng)采用了開放的中間件技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)各種交互式應(yīng)用，可與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及互聯(lián)網(wǎng)等的互通互連。5）易于實(shí)現(xiàn)信號(hào)存儲(chǔ)，而且存儲(chǔ)時(shí)間與信號(hào)的特性無(wú)關(guān)，易于開展多種增值業(yè)務(wù)。6）由于保留了現(xiàn)有模擬電視視頻格式，用戶端僅需加裝數(shù)字電視機(jī)頂盒即可接收數(shù)字電視節(jié)目，利于系統(tǒng) 的平穩(wěn)過(guò)渡，減少消費(fèi)者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。1 . 4數(shù)字電視的應(yīng)用范圍1）基本業(yè)務(wù)：只要節(jié)目源許可，用戶可以收看數(shù)百套數(shù)字電視節(jié)目，以及幾十套調(diào)頻廣播節(jié)目和數(shù)字音頻 廣播（DAB）節(jié)目。2）擴(kuò)展業(yè)務(wù)：可提供如圖文電視、電視會(huì)議、數(shù)據(jù)信息廣播、加密電視、視頻點(diǎn)播等。3）增值業(yè)務(wù)：可通過(guò)雙向傳輸系統(tǒng)進(jìn)行交互式的多功能應(yīng)用，如互聯(lián)網(wǎng)

5、接入、遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、電子 郵件、計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)通訊、家庭保安監(jiān)控等多媒體信息服務(wù)。1 . 5數(shù)字電視的弱點(diǎn)數(shù)字電視并不是完美無(wú)缺的，它同樣存在著一些弱點(diǎn)。例如在取樣的過(guò)程、量化誤差、壓縮編碼所帶 來(lái)的信號(hào)損傷，在節(jié)目制作及傳輸過(guò)程中貫通延遲。有些損傷可以修復(fù)，并不影響圖像的最終質(zhì)量，而有 些損傷只能通過(guò)一些補(bǔ)償措施削弱它的影響，但這并不能影響電視領(lǐng)域向數(shù)字化的轉(zhuǎn)變。與電視信號(hào)數(shù)字 化后所帶來(lái)的好處相比，這些影響往往會(huì)被忽略。2數(shù)字電視分類2 . 1按信號(hào)傳輸方式可分為：地面無(wú)線傳輸數(shù)字電視（地面數(shù)字電視）；衛(wèi)星傳輸數(shù)字電視（衛(wèi)星數(shù)字電視）; 有線傳輸數(shù)字電視（有線數(shù)字電視）。2 . 2

6、按圖像清晰度可分為三大類1）數(shù)字高清晰度電視（HDTV）:需至少720線逐行或1080線隔行掃描、屏幕寬高比應(yīng)為16 : 9、采用杜比數(shù)字音響，能將高清晰格式轉(zhuǎn)化為其他格式并能接收并顯示較低格式的信號(hào)，圖像質(zhì)量可達(dá)到或接近35mm寬銀幕電影的水平。2）數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視（SDTV）:必須達(dá)到480線逐行掃描，能將720逐行、1080隔行等格式變?yōu)?80 逐行輸岀，采用杜比數(shù)字音響。對(duì)應(yīng)現(xiàn)有電視的分辨率，其圖像質(zhì)量為演播室水平。3）數(shù)字普通清晰度電視（LDTV）:顯示掃描格式低于標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視，即低于 480線逐行掃描的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì) 應(yīng)現(xiàn)有VCD的分辨率。2 . 3按照產(chǎn)品類型可分為數(shù)字電視顯示器、

7、數(shù)字電視機(jī)頂盒和一體化數(shù)字電視接收機(jī);2 . 4按顯示屏幕幅型比分類數(shù)字電視可分為4 : 3和16 : 9幅型比兩種類型。3 數(shù)字電視技術(shù)數(shù)字電視的實(shí)現(xiàn)，以下幾項(xiàng)技術(shù)是關(guān)鍵：3 . 1數(shù)字電視的信源（視頻、音頻）編解碼技術(shù)在1920x 1080 顯示 格式下，數(shù)字化后信號(hào)的數(shù)碼率在傳輸中高達(dá) 995Mbit /s，這比現(xiàn) 行模擬電視的傳輸信息量大得多，因此必須去除圖像信號(hào)中的多余信 息，將數(shù)碼率壓縮到能在一個(gè) 8MHz模擬電視信道中傳送。視頻編 碼技術(shù)主要功能是完成圖像的壓縮，使數(shù)字電視的信號(hào)傳輸量由995Mbit /s減少為20Mbit /s30Mbit /s。國(guó)際組織已經(jīng)制定了對(duì)圖像進(jìn)行壓

8、縮編碼的標(biāo)準(zhǔn)有 JPEG（靜態(tài)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)）、 MPEG-2（運(yùn)動(dòng)圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)）等。音頻編解碼主要功能是完成聲 音信息的壓縮。對(duì)伴音進(jìn)行壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)有 MPEG伴音壓縮編碼標(biāo) 準(zhǔn)、AC-3等。3 . 2數(shù)字電視的復(fù)用系統(tǒng)數(shù)字電視的復(fù)用系統(tǒng)從發(fā)送端信息的流向來(lái)看，它將視頻、音頻、輔助數(shù)據(jù)等編碼器送來(lái)的數(shù)據(jù)比特流，經(jīng)處理復(fù)合成單路串行的比特 流，送給信遭編碼及調(diào)制。接受端與此過(guò)程相反。在HDTV復(fù)用傳輸標(biāo)準(zhǔn)方面，美國(guó)、歐洲、日本都采用了MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)。3 . 3數(shù)字電視的信道編解碼及調(diào)制解調(diào)為了提高傳輸?shù)念l帶利用率，通過(guò)調(diào)制把傳輸信號(hào)放在載波或脈沖串上，為發(fā)射做好準(zhǔn)備。數(shù)字電視米用多進(jìn)制

9、調(diào)制方法，例如：殘 留邊帶調(diào)制（VSB）;正交振幅調(diào)制（QAM）;四相相移鍵控調(diào)制（QPSK）;差動(dòng)四相相移鍵控調(diào)制（DQPSK）;編碼正交頻分復(fù)用調(diào)制 （COFDM）等。為了提高數(shù)字電視傳輸?shù)目煽啃?，通過(guò)糾錯(cuò)編碼、網(wǎng)格編碼、均衡等技術(shù)，提高信號(hào)的抗干擾能力，方法如：里德一索羅門碼、卷積碼、交織、格狀編碼調(diào)制等。美國(guó)、歐洲、日本數(shù)字電視的制式、標(biāo)準(zhǔn)不 統(tǒng)一，主要是指在該方面的不同。4 數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)是指數(shù)字電視采用的視音頻采樣、壓縮格式、傳輸方式和服務(wù)信息格式等的規(guī)定。目前投入使用的有三種：美國(guó)的ATSC（先進(jìn)電視系統(tǒng)委員會(huì)）；歐洲的DVB（數(shù)字視頻廣播）；日本的ISDB（綜合服務(wù)數(shù)

10、字廣播）每一種標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于信源的處理、畫面格式及傳輸方式等方面均有一些差別。每一種數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)又可分為衛(wèi)星傳輸、電纜傳輸和地面?zhèn)鬏敺绞健? . 1美國(guó)ATSC標(biāo)準(zhǔn)ATSC標(biāo)準(zhǔn)由四個(gè)層級(jí)組成，最高為圖像層，確定圖像的形式，包括象素陣列、幅型比和幀頻。接著是圖像壓縮層。再下來(lái)是系統(tǒng)復(fù)用層，特定的數(shù)據(jù)被納入不同的壓縮包中。最后是傳輸層，確定數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼{(diào)制和信道編碼方案。下面兩層共同承擔(dān)普通數(shù)據(jù)的傳輸。上面兩層確定在普通數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)上運(yùn)行的特定配置，如HDTV或SDTV ;還確定ATSC標(biāo)準(zhǔn)支持的具體圖像格式。另外，ATSC還開發(fā)并通過(guò)了可為采用 50Hz幀頻的國(guó)家使用的另行標(biāo)準(zhǔn)。ATSC成員30個(gè)，其中

11、有美國(guó)國(guó)內(nèi)成員 20個(gè)、來(lái)自阿根廷、法國(guó)、韓國(guó)等 7個(gè)國(guó)家的成員10 個(gè), 中國(guó)的廣播科學(xué)研究院也參加了 ATSC組織。ATSC標(biāo)準(zhǔn)定義的畫面格式格式畫面分辨率畫面幅型比圖像幀頻率掃描力式HDTV1920x10816 : 960Hz隔行030Hz逐行24Hz1280x72060Hz30Hz24HzSDTV704x48016 : 9 或 4060Hz隔行30Hz逐行24Hz640x4804: 360Hz隔行30Hz逐行24Hz4 . 2歐洲D(zhuǎn)VB標(biāo)準(zhǔn)支持室內(nèi)接收、移動(dòng)接收等需求，包括4個(gè)系統(tǒng)。1) DVB傳輸系統(tǒng)：涉及衛(wèi)星、有線電視、地面、 SMATV、MMDS等所有傳輸媒體。DVB-S數(shù)字衛(wèi)星

12、廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。衛(wèi)星傳輸具有覆蓋面廣、節(jié)目容量大等特點(diǎn)。DVB-C數(shù)字有線電視廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)前端可從衛(wèi)星和地面發(fā)射獲得信號(hào)。pWB-T數(shù)字地面電視廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。本地區(qū)覆蓋最好。傳輸質(zhì)量高，但接收費(fèi)用也高。DVB-SMATV 是數(shù)字衛(wèi)星共用天線電視(SMATV)廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。DVB-MS高于10GHz的數(shù)字廣播 MMDS分配系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。DVB-MC 低于10GHz的數(shù)字廣播 MMDS分配系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。2) DVB基帶附加信息系統(tǒng)：可傳送接收IRD調(diào)諧、節(jié)目指南及圖文、字幕、圖標(biāo)等信息DVB標(biāo)準(zhǔn)定義的畫面格式畫面分辨率畫面幅型比圖像幀頻率掃描方式1920x108016 : 925Hz / 30Hz隔行

13、720x57616 : 9 或 4 : 350Hz逐行544x57625Hz隔行/逐行480x576352x576DVB-SI數(shù)字廣播業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。DVB-TXT數(shù)字圖文廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，用于固定格式圖文電視的傳送。DVB-SUB為數(shù)字廣播字幕系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，用于字幕及圖標(biāo)的傳送。3) DVB 交互業(yè)務(wù)服務(wù)：對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)有： DVB NIP、DVB-R . CC和DVB-R . CT。4）DVB條件接收及接口標(biāo)準(zhǔn)：條件接收是付費(fèi)電視廣播的基本部分。DVB數(shù)字廣播系統(tǒng)與其他電信網(wǎng)絡(luò) （如SDH、ATM等）連接，可實(shí)現(xiàn) DVB向電信網(wǎng)絡(luò)的過(guò)渡。標(biāo)準(zhǔn)包括：DVB-C11 DVB-PDH ，DVB-SDH ，D

14、VB ATM、DVB-PI 和 DVB-IRDI 。DVB成員已經(jīng)達(dá)到265個(gè)（來(lái)自35個(gè)國(guó)家和地區(qū)），主要集中在歐洲并遍及世界各地，我國(guó)的廣播科學(xué)研究院和TCL電子集團(tuán)也在其中。4. 3日本ISDB標(biāo)準(zhǔn)日本數(shù)字電視首先考慮的是衛(wèi)星信道，采用QPSK調(diào)制。并在1999年發(fā)布了數(shù)字電視的標(biāo)準(zhǔn)-ISDB。 ISDB是日本的DIBEG（數(shù)字廣播專家組）制訂的數(shù)字廣播系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，它利用一種已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的復(fù)用方案在 一個(gè)普通的傳輸信道上發(fā)送各種不同種類的信號(hào)，同時(shí)已經(jīng)復(fù)用的信號(hào)也可以通過(guò)各種不同的傳輸信道發(fā) 送岀去。ISDB具有柔軟性、擴(kuò)展性、共通性等特點(diǎn)，可以靈活地集成和發(fā)送多節(jié)目的電視和其它數(shù)據(jù)業(yè) 務(wù)。

15、ISDB籌劃指導(dǎo)委員會(huì)委員17個(gè)，其他成員23個(gè)，其成員均為日本國(guó)內(nèi)電子公司和廣播ISDB標(biāo)準(zhǔn)定義的畫面格式三種數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比機(jī)構(gòu)。水平分辨率垂直分辨宰疊面幅型比圖像幀頻率掃描方式1920108016 : 930Hz隔行720480運(yùn)行/隔行544隔行4804 : 3美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ATSC歐洲標(biāo)準(zhǔn)DVB日本標(biāo)準(zhǔn)ISDB地面衛(wèi)星有線地面衛(wèi)星有線地面衛(wèi)星有線調(diào)制方式8VSB / 16VSBQBKQAM2k / 8kCOFDMQpsKQAM分段COFDMQPSKQAM視頻編碼MPEG-2MPEG-2MPEG-2音頻編碼AC-3復(fù)用MPEG-2MPEG4 . 4三種數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)的

16、對(duì)比無(wú)論哪一種制式，它們的視頻壓縮技術(shù)都采用了 MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)，但是由于美國(guó)和歐洲等在模擬電視的 制式的差別，為了兼容性，它們的視頻采樣格式也存在差別，主要體現(xiàn)在行和列的分辨率及場(chǎng)頻等。在數(shù)字電視信號(hào)的傳輸中，衛(wèi)星傳輸一般采用 QPSK調(diào)制技術(shù)，電纜傳輸一般采用 QAM調(diào)制技術(shù), 但地面?zhèn)鬏敳捎玫募夹g(shù)則在不同的制式中存在很大差別，如美國(guó)的ATSC采用的是VSB調(diào)制技術(shù)，而歐洲的DVB和日本的ISDB則使用OFDM調(diào)制技術(shù)。服務(wù)信息是指在數(shù)字電視中開展增值服務(wù)所用的數(shù)據(jù)，美國(guó)ATSC制式中的PSIP部分和歐洲D(zhuǎn)VB制式中的SI部分分別規(guī)定了各自數(shù)字電視中的服務(wù)信息格式。ATSc ATV優(yōu)點(diǎn)：頻

17、譜效率高、功率峰均比低，明顯地減少了脈沖干擾?？蓪⑴c原模擬NTSC信號(hào)的同頻和鄰頻干擾減至最小。缺點(diǎn)是不能抵抗多徑干擾，不支持移動(dòng)接收。DVB-T優(yōu)點(diǎn)：在基于大量小功率、工作在同一頻道的眾多發(fā)射機(jī)，每一個(gè)均覆蓋一個(gè)較小的區(qū)域的這 樣一種單頻網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，DVB是一三種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字地面廣播系統(tǒng)的比較美國(guó) ATSC ATV歐洲D(zhuǎn)VB-T日本ISDB-T帶寬5.6MHz6.6,7.6 MHz5.6MHz,432kHz調(diào)制8VSBCOFDM載頻調(diào)制QPSK，16QAM,64QAM DQPSK，16QAM,64QAM多工方式MPEG-2系統(tǒng)編碼MPEG-2編碼（聲音為AC-3）MPEG-2編碼信息碼率19.39

18、 Mb / s4.35Mb /s31.67Mb/ s5.6 MHz : 3.68 Mb /s21.46Mb /s432kMHz : 283kb /s1.65 Mb/ s移動(dòng)接受不可以困難（有條件可以）可以種最佳選擇。同時(shí)提供了良好的移動(dòng)接收性能。缺點(diǎn)是：其載/噪比低于8-VBS，并且限制了信號(hào)的有效傳輸距離，對(duì)來(lái)自于電機(jī)的脈沖干擾較敏感，較高的峰/均值比，并且需要較高功率的發(fā)射機(jī)，保護(hù)間隔降低了頻譜效率并明顯減少帶寬的比特/赫茲率。ISDB-T和DVB-T非常類似，根據(jù)分層和窄帶接收同時(shí)實(shí)現(xiàn)固定、移動(dòng)和便攜接收，是日本制式的特點(diǎn)；與DVB-T相比，ISDB-T增加了部分接收和分層傳輸功能。5中

19、國(guó)的數(shù)字電視早在1996年，我國(guó)便開始了數(shù)字電視的研究工作，數(shù)字電視被列人原國(guó)家科委八五”重大科技產(chǎn)業(yè)工程項(xiàng)目，并成立了數(shù)字高清晰度電視的總體組。1999年10月，高清晰度方案被成功用于國(guó)慶50周年大典的數(shù)字電視現(xiàn)場(chǎng)直播。后國(guó)家將數(shù)字電視發(fā)展計(jì)劃納入十五”高新技術(shù)的12個(gè)重大專項(xiàng)之列，數(shù)字電視研究工作全面啟動(dòng)。5 . 1中國(guó)數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)1）信源編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：中國(guó)的數(shù)字音視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)工作組制定了面向數(shù)字電視和高清激光視盤播放機(jī)的AVS標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)與MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)完全兼容，也可以兼容MPEG-4AVC / H .264國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)基本層，其壓縮水平可達(dá) MPEG-2 標(biāo)準(zhǔn)的2-3倍。2）信道傳輸技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中國(guó)的衛(wèi)星數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)采用歐洲D(zhuǎn)VB S標(biāo)準(zhǔn)。DVB-T標(biāo)準(zhǔn)在試播。中國(guó)有線數(shù)字電視的標(biāo)準(zhǔn)還在報(bào)批過(guò)程中，大中型城市有線電視臺(tái)多采用歐洲的中國(guó)的地面數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)方案目前還在制定過(guò)程之中。3）條件接收系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)（C